Quais são os tipos de fios de termopares?

O fio termopar é vendido por uma letra. K, J, T, E, N, R, S e B são as oito designações de letras de uso industrial comum, e cada uma é um par publicado de dois metais diferentes com sua própria tabela de tensão, sua própria faixa de temperatura e seu próprio erro permitido. A letra é a única coisa que o instrumento precisa para transformar os milivolts em temperatura, razão pela qual é a primeira linha em qualquer especificação.

O que a Letra Corrige e o que Ela Deixa Aberto

A letra responde a quatro perguntas de uma vez: quais duas ligas estão dentro, para qual faixa de temperatura o par foi caracterizado, quanto erro é permitido quando o fio é novo e qual a cor da isolação deve ser. Essas quatro são a razão pela qual as letras existem, porque um comprador em um país e um instrumento em outro podem concordar com uma leitura sem trocar tabelas.

O que a letra não responde é onde esse fio pode ser usado. A faixa nominal em uma folha de dados é o intervalo sobre o qual o par se comporta, e não é o limite da instalação. O calibre do condutor, a isolação, a bainha e a atmosfera retiram temperatura do topo, e esses pertencem ao comprador, já que o padrão não tem nada a dizer sobre eles.

Os Oito Tipos de Letras

Quatro das oito são pares de metal base, construídos em níquel, ferro e cobre, e quatro são pares de metal nobre construídos em platina e ródio. Os dois grupos têm preços muito diferentes e se comportam de maneira diferente, e a divisão é a primeira coisa a saber.

Três fatos sobre essa tabela valem a pena isolar, porque cada um muda uma decisão. O Tipo E tem a maior saída de qualquer tipo padrão, então uma pequena mudança de temperatura produz um sinal maior e o instrumento tem um trabalho mais fácil; é por isso que ele é encontrado em bancadas de teste mais do que em trabalhos de processo geral. O Tipo B tem a menor saída das oito, e seus dados publicados observam que ele lê o mesmo a 0 °C e 42 °C, razão pela qual ele não pode ser usado na extremidade fria. E o Tipo K cobre a maior faixa dos tipos de metal base, que é a maior parte da razão pela qual ele é o padrão.

Os pares de tungstênio-rênio não estão nesta tabela de propósito. Os tipos C e D usam W5Re/W26Re e W3Re/W25Re respectivamente, e eles não são designações de letras no mesmo sentido: eles são cobertos pela ASTM E1751, o guia para combinações não designadas por letras, e eles ficam fora das tabelas designadas por letras. Uma especificação que pede um par de tungstênio é uma conversa diferente de uma que pede uma letra.

A Faixa na Folha de Dados Não é a Faixa em Serviço

Uma faixa nominal é citada para o par de ligas. Os limites superiores publicados abaixo são para termopares protegidos, em uma bainha de extremidade fechada, e eles diferem por calibre do condutor. O mesmo tipo que é classificado para 1.250 °C no papel é classificado para 760 °C no calibre mais fino listado.

Uma segunda faixa também importa, e é aquela que causa discussões. As tabelas de tolerância não cobrem a faixa nominal completa. Sob a ASTM E230, os limites publicados se aplicam ao Tipo J de 0 a 760 °C, Tipos K e N de 0 a 1.260 °C, Tipo T de 0 a 370 °C, Tipo E de 0 a 870 °C, Tipos R e S de 0 a 1.480 °C, e Tipo B de 870 a 1.700 °C. Fora dessas faixas, o fio não está sendo comprado contra um limite publicado, o que quer que diga a faixa nominal, e as porcentagens se aplicam a leituras acima de zero.

Tolerância: Dois Sistemas, Dois Conjuntos de Números

Europa e América do Norte descrevem o mesmo fio em línguas diferentes, e os dois não são intercambiáveis em um pedido de compra. A América do Norte usa graus, chamados limites padrão e limites especiais, e cita cada um como o maior de um número fixo de graus ou uma porcentagem da leitura. A IEC 60584 classifica o fio em classes, numeradas 1, 2 e 3, e cita cada uma contra uma faixa de temperatura.

A frase o maior de importa mais do que parece. Uma leitura de Tipo K de grau padrão de 500 °C pode estar fora por ±3,75 °C, porque 0,75 % de 500 é maior que os 2,2 °C fixos; fio de grau especial no mesmo ponto pode estar fora por 2,0 °C. Abaixo de cerca de 293 °C, o valor fixo assume e governa em vez disso. Portanto, o erro ao qual um comprador tem direito não é uma constante, e uma reclamação sobre precisão que não nomeia a temperatura não é uma reclamação.

Duas armadilhas adicionais estão na comparação. O Tipo J é coberto até 750 °C sob IEC e 760 °C sob ASTM, então uma folha de dados escrita para um padrão e lida contra o outro parecerá errada em 10 °C. E as classes IEC são faixas, então o mesmo fio Classe 2 carrega dois números diferentes dependendo de onde em sua faixa ele é usado. Quando o fio é cotado, o padrão deve ser nomeado ao lado da classe ou do grau, ou o número não significa nada.

O Código de Cores e o Erro que Ele Causa

A cor da isolação destina-se a identificar o tipo sem ler a impressão, e os dois padrões por trás dela discordam. Sob ANSI MC96.1 e ASTM E230, o fio negativo é sempre vermelho e o fio positivo carrega a cor do tipo. Sob IEC 60584, o fio negativo é branco em vez disso, o que muda cada par.

Um cabo Tipo K amarelo e vermelho em um painel norte-americano e um verde e branco em equipamento importado são o mesmo termopar em dois dialetos. Dois erros seguem disso, e ambos são cometidos nos terminais, não na prancheta. O primeiro é a polaridade: inverter as pernas de um par inverte a leitura, e o resultado parece um problema de calibração. O segundo é o cabo de extensão. Cada junção entre metais diferentes adiciona sua própria tensão, então um cabo de cobre comum que corre entre o sensor e o instrumento introduz junções que nunca estiveram no cálculo. O cabo de extensão deve corresponder à letra do tipo em todo o percurso, e o padrão deve ser nomeado quando o cabo for encomendado.

O que Cada Tipo Falha

Nenhum tipo falha aleatoriamente. Cada um tem uma fraqueza conhecida, e a maioria delas aparece como uma mudança na leitura, sem nada visivelmente quebrado.

Escolhendo um Tipo, em Cinco Verificações

A ordem das verificações importa, porque as duas primeiras eliminam tipos e as restantes apenas escolhem entre o que resta.

1. Faixa de temperatura. Escolha um tipo cuja faixa publicada deixe margem acima do pico, depois reduza-a para o calibre, a isolação e a bainha. O valor nominal é o ponto de partida, não a resposta.
2. Atmosfera. Condições oxidantes adequam K, N, R e S. Vácuo, condições inertes e redutoras adequam J. Umidade favorece T e descarta J. Hidrogênio e gases redutores descartam os tipos de platina.
3. Precisão. Decida se os limites padrão são suficientes antes de precificar o grau especial, e lembre-se que o resultado é tão bom quanto o manuseio da junção de referência e o instrumento por trás dele.
4. Instrumento e cabo. O controlador, transmissor ou registrador deve ser configurado para a letra exata, e o cabo de extensão deve corresponder até os terminais.
5. Padrão de cor. Confirme se o local lê cores ANSI ou IEC antes que o fio seja cortado.

Essas cinco verificações produzem uma especificação curta, e a especificação é o que o pedido deve conter.

Perguntas que Compradores Fazem

Qual tipo de termopar é o mais comum?

Tipo K, por uma ampla margem. Ele cobre a maior faixa dos tipos de metal base, é o mais barato dos quatro pares de uso geral, e quase todos os controladores e transmissores o suportam de fábrica. O que o descarta é a atmosfera: é a escolha errada a vácuo, ou em um forno que alterna entre condições oxidantes e redutoras.

Qual tipo é o mais preciso?

Tipos R e S, no papel. Seus limites especiais são ±0,6 °C ou 0,1 % da leitura, os mais apertados dos oito, e o Tipo S é frequentemente usado como referência. Entre os tipos de metal base, o Tipo T é o mais apertado em ±0,5 °C ou 0,4 %, o que é parte do motivo pelo qual é usado para cadeia fria e trabalho de laboratório. A precisão no papel não é precisão em campo: a junção de referência, o cabo de extensão e o instrumento adicionam erro.

O que a cor do fio termopar me diz?

Se você souber a qual padrão ele foi colorido. Sob ANSI, a perna negativa é vermelha e a perna positiva recebe a cor do tipo, então um par Tipo K é amarelo e vermelho. Sob IEC, a perna negativa é branca, e o mesmo par Tipo K é verde e branco. Um par que parece desconhecido é mais provável de ser do outro padrão do que do sensor errado.

Qual é a diferença entre limites padrão e limites especiais?

O erro permitido, e cerca de metade dele. Para o Tipo K, o limite padrão é ±2,2 °C ou 0,75 % e o limite especial é ±1,1 °C ou 0,4 %, o que for maior dos dois valores na temperatura em questão. A IEC descreve o mesmo fio com números de classe em vez de graus, e os números diferem ligeiramente, então o padrão deve ser nomeado no pedido.

Posso substituir o Tipo N pelo Tipo K?

Não sem mudar o resto do circuito. O Tipo N foi desenvolvido como uma alternativa mais estável ao K sob calor sustentado, e ele carrega os mesmos limites publicados, mas é um par de ligas diferente com uma tabela de tensão diferente. O transmissor, controlador ou registrador deve ser configurado para N, e o cabo de extensão também deve ser Tipo N, ou a leitura será feita na tabela errada.

Por que o mesmo fio tem dois limites de temperatura diferentes?

Porque a faixa nominal descreve o par de ligas e o limite de serviço descreve a instalação. Um par Tipo K é caracterizado de −200 a 1.250 °C, mas o limite superior publicado para um termopar protegido cai de 980 °C em 20 AWG para 760 °C em 30 AWG, e as tabelas de tolerância ASTM cobrem uma faixa menor do que a faixa nominal em todos os casos. O limite que se aplica é o menor dos três.

Resumo

Os oito tipos de letras são um atalho para quatro coisas de uma vez: o par de ligas, a faixa para a qual o par foi caracterizado, o erro permitido e a cor da isolação. O Tipo K é o padrão de uso geral, T e E cobrem a extremidade fria e a extremidade de alta resolução, N é o tipo de metal base mais estável acima de 1.000 °C, e R, S e B pegam os extremos a um preço de platina. O que a letra não define é o limite em serviço, que o calibre, a construção e a atmosfera decidem.

A DLX Alloy fabrica ligas de níquel em Changzhou, Jiangsu desde 2002, em um local de 12.000 m² que possui certificação ISO 9001 e é auditado pela SGS. O fio termopar é fornecido nos oito tipos de letras acima, como fio nu e como cabo com isolamento mineral: envie o tipo, o grau ou classe, a faixa e a construção para uma cotação confirmada.

Referências

1. ASTM E230/E230M, tabelas de temperatura-força eletromotriz para termopares padronizados. Fonte para os limites de erro, para os intervalos sobre os quais esses limites se aplicam e para o código de cores em sua forma ANSI.
2. IEC 60584-1, termopares: especificações e tolerâncias de F.E.M. Fonte para o sistema de classes e para a tabela de tolerâncias.
3. IEC 60584-3, termopares: cabos de extensão e compensação, tolerâncias e sistema de identificação. Fonte para o código de cores IEC e a perna negativa branca.
4. ANSI MC96.1, termopares de medição de temperatura. Fonte para as atribuições de cores ANSI, nas quais a perna negativa é vermelha para todos os tipos.
5. ASTM E1751/E1751M, guia para tabelas de temperatura-F.E.M. para combinações de termopares não designadas por letras. Fonte para a posição dos pares de tungstênio-rênio, Tipos C e D, fora das designações de letras.
6. Comparação de tipos de termopares da TE Connectivity. Fonte para os nomes comerciais, as faixas de aplicação, as tabelas de especificações de projeto e os limites superiores recomendados por calibre de fio.
7. Gráfico publicado de tipos de termopares e comparação de tolerâncias, Tripoint Technical Services. Fonte para os limites de erro por grau, o exemplo trabalhado da regra do maior, a comparação de cores ANSI contra IEC e os modos de falha por tipo.
8. Dados do produto mantidos pela DLX Alloy. Fonte para as formas fornecidas.

Os valores citados são valores publicados para fio novo e não são limites de aceitação. Um lote de termopar é aceito contra o tipo, grau ou classe, faixa e construção encomendados, e os valores de tolerância descrevem apenas fio novo: eles não dizem nada sobre deriva após o sensor ter estado em serviço, o que é uma questão de calibração.